·Identificar las aplicaciones de la Electrónica Digital.
·Describir el funcionamiento de las unidades y dispositivos de
almacenamiento de información.
·Implementar circuitos de lógica combinacional y secuencial.
II. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA
SESION
·Implementación de circuitos temporizadores.
·Implementación de circuitos generadores de clock.
·Implementación de circuito contador utilizando temporizadores y
generadores de clock.
III. CONTENIDOS A TRATAR
·Circuitos Temporizadores
·Circuitos Generadores de Clock.
·Aplicaciones con contadores.
IV. RESULTADOS
·Diseñan sistemas eléctricos y los implementan gestionando eficazmente
los recursos materiales y humanos a su cargo.
Contador:
En electrónica digital, un contador es un circuito secuencial construido
a partir de biestables y puertas lógicas capaces de almacenar y contar los
impulsos (a menudo relacionados con una señal de reloj), que recibe en la
entrada destinada a tal efecto, así mismo también actúa como divisor de
frecuencia. Normalmente, el cómputo se realiza en código binario, que con
frecuencia será el binario natural o el BCD natural (contador de décadas).
Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si
necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir
un circuito combinacional.
Contadores crecientes en serie
Si conecto n celdas como la anterior: Problema: el retraso se acumula.
Contador Creciente paralelo
Sustituyo las puertas AND por puertas de i entradas para cada bit:
Problema: crece el tamaño de las puertas.
Contador decreciente
Basta tomar las salidas negadas en vez de las naturales.
Contador reversible
Usar las dos posibilidades, y elegir con un Multiplexor:
Circuito Secuencial:
Es un circuito cuya salida depende no solo de la combinación de entrada,
sino también de la historia de las entradas anteriores se denomina Circuito
Secuencial. Es decir aquellos circuitos en que el contenido de los elementos de
memoria sólo puede cambiar en presencia de un pulso del reloj . Entre pulso y
pulso de reloj, la información de entrada puede cambiar y realizarse
operaciones lógicas en el circuito combinacional, pero no hay cambio en la
información contenida en las células de memoria.
Circuitos secuenciales sincrónicos
En un circuito secuencial asíncrono, los cambios de estado ocurren al
ritmo natural marcado por los retardos asociados a las compuertas lógicas
utilizadas en su implementación, es decir, estos circuitos no usan elementos
especiales de memoria, pues se sirven de los retardos propios (tiempos de
propagación) de las compuertas lógicas usados en ellos. Esta manera de operar
puede ocasionar algunos problemas de funcionamiento, ya que estos retardos
naturales no están bajo el control del diseñador y además no son idénticos en
cada compuerta lógica.
Circuitos secuenciales asincrónicos
Los circuitos secuenciales síncronos, sólo permiten un cambio de estado
en los instantes marcados por una señal de sincronismo de tipo oscilatorio
denominada reloj. Con ésto se pueden evitar los problemas que tienen los
circuitos asíncronos originados por cambios de estado no uniformes en todo el
circuito.
PROTEUS
VÍDEO
DEL CIRCUITO
Observaciones:
·Se logró observar que en el módulo que se nos proporcionó por el
profesor, logramos elaborar mejor nuestro circuito contador, gracias a que el
modulo tiene sistema anti rebote, si hubiésemos usando protoboard simple al
circuito debíamos agregar un latch o sino un timer 555.
·Los cables tenían que ser conectados de una manera específica porque en
un momento el proyecto contaba solo de 2 en 2 y al remover toda la conexión y
hacer otra pudimos lograr que el proyecto funcione con normalidad.
Conclusiones:
·Se concluye que, mediante esta práctica de laboratorio, se ha conocido y
practicado el manejo en el protoboard, que es indispensable para probar el
funcionamiento de los circuitos combinados, secuenciales y para el desarrollo
de un contador digital (binario y decimal).
·En conclusión, el desarrollo del contador digital (binario y decimal),
decodificadores y resistencias para los segmentos del display ha permitido
visualizar una aplicación importante de los circuitos en la vida cotidiana.
·Identificar las
aplicaciones de la Electrónica Digital.
·Describir el
funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de información.
·Implementar
circuitos de lógica combinacional y secuencial.
II.COMPETENCIA
ESPECÍFICA DE LA SESIÓN
·Implementación de
circuitos generadores de clock.
·Implementación de
circuito contador utilizando temporizadores y generadores de clock.
III.CONTENIDOS
A TRATAR
CONTADOR
Circuito Integrado TTL 74LS192, contadores BCD sincrónico de
arriba/ abajo de 4 Bits (reloj dual teniendo la complejidad de 55 puertas
equivalentes. La operación sincrónica se proporciona teniendo todos los flip
flop sincronizados simultáneamente para que las salidas cambien coincidentes
entre sí cuando así sean instruidas por la lógica de dirección. Este modo de
operación elimina los picos de recuento de salida normalmente asociado con
contadores asincrónicos (reloj de ondulación).
Las salidas de los cuatro maestros cambio de esclavo fracasos son
provocados por un bajo a alta transición de cualquier recuento (reloj) de
entrada. La dirección de conteo está determinada por qué entrada de conteo se
pulsa mientras que la otra la entrada de conteo es alta.
Este contador es completamente programable; es decir, cada salida
puede reajustarse a cualquiera de los niveles ingresando los datos deseados de
las entradas de datos mientras la entrada de carga es baja. La salida cambiará
para estar de acuerdo con las entradas de datos independientemente de los pulsos
de conteo. Esta característica permite que el contador se use como un módulo N
divisor simplemente modificando la longitud del conteo con las entradas
preestablecidas.
Se ha proporcionado una entrada clara que fuerza a todas las
salidas al nivel bajo cuando se aplica un nivel alto. La función de borrado es
independiente de las entradas de conteo y carga. Las entradas clear, count y
load son amortiguado para bajar el requisito de conducción. Esto reduce la
cantidad de controladores de reloj, etc., necesarios para palabras largas.
Este dispositivo fue diseñado para conectarse en cascada sin la
necesidad de circuitos externos. Ambos toman prestado y llevar salidas están
disponibles para conectar en cascada tanto la contando y abajo funciones de
conteo. La salida de fila produce un pulso igual en ancho al conteo entrada
ascendente cuando existe una condición de desbordamiento.
El contador puede ser fácilmente conectado en cascada al alimentar
el préstamo y llevar salidas al recuento abajo y contar las entradas,
respectivamente, del contador siguiente.
• Funcionamiento
sincrónico
• Preset individual
para cada flip-flop
DECODIFICADOR
Es un elemento digital que funciona a base de estados lógicos, con
los cuales indica una salida determinada basándose en un dato de entrada
característico, su función operacional se basa en la introducción a sus
entradas de un número en código binario correspondiente a su equivalente en
decimal para mostrar en los siete pines de salida establecidos para el
integrado, una serie de estados lógicos que están diseñados para conectarse a
un elemento alfanumérico en el que se visualizará el número introducido en las
entradas del decodificador. El elemento alfanumérico que se conecta a las siete
salidas del decodificador también está diseñado para trabajar con estados
lógicos, es un dispositivo elaborado con un arreglos de LED de tal manera que
muestre los números decimales desde el cero hasta el nueve dependiendo del dato
recibido desde el decodificador, a este elemento se le conoce con el nombre de
display ó dispositivo alfanumérico de 7 segmentos.
El decodificador está formado internamente por compuertas lógicas y
sus conexiones internas son un sistema predefinido por el diseñador para que su
función operacional sea un acople perfecto y efectivo con el display, observe
como se muestran a continuación en las
especificaciones del fabricante.
La tabla muestra las salidas que el decodificador proporcionará
ante la presencia de una entrada especifica en estados lógicos y la figura el
diagrama interno de un 7447
DISPLAY
Es un dispositivo alfanumérico que se encuentra formado por diodos
emisores de luz (LED), posicionados de forma tal que forme un número ocho, a
cada uno de ellos se les denomina segmentos. Encendiendo algunos de ellos y
apagando otros se puede ir formando diferentes números por medio de las
combinaciones entre ellos.
Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se
denomina dp, pt ó simplemente P. El display se encuentra en una representación
de encapsulado con los pines para conectarlo a un circuito. A cada pin o pata
del encapsulado se le asigna la letra correspondiente del segmento. Esto
significa que, por ejemplo, con el pin "a" podemos controlar el
estado del segmento "a"(encenderlo o apagarlo).
El display tiene 8 leds colocados en forma de un dígito con punto
decimal, cada led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en total son 8 leds,
debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin embargo, el encapsulado
solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y se logra
de la siguiente manera. Los 8 led se interconectan internamente de tal forma
que solo se puede acceder a uno de los dos extremos de cada led. Los extremos
sobrantes de cada led se conectan internamente en un solo punto llamado común,
y este punto de unión se encuentra disponible desde el exterior del
encapsulado. Debido a esta configuración se tienen dos tipos de display de 7
segmentos: Ánodo común y Cátodo común.
555 Monostable
Para que nuestro circuito integrado 555 funcione como monoestable
debemos conectarlo de la siguiente forma:
En E conectaremos la entrada, normalmente un pulsador, y en S conectaremos la
salida, es decir lo que queramos que se active durante un tiempo determinado, o
lo que es lo mismo lo que queramos temporizar. La tensión de alimentación
dependerá de la pila.
El tiempo que estará activada la salida se
calcula de la siguiente forma:
T
= 1,1 x R x C
Donde R es el valor de la resistencia en
ohmios, y C es la capacidad del condensador en Faradios. El tiempo con estos
datos lo obtendremos en segundos.
Veamos un ejemplo. Queremos tener encendido un
led durante un tiempo cuando activemos un pulsador, y al cabo de un tiempo que
el led se apague solo. Aquí tienes el circuito:
Verás que en serie
con el Led hay una resistencia, es para que no se queme. La tensión que le
llegaría sería de unos 5V (la pila) y como ya debes saber, los Led funcionan a
2 voltios como máximo. Si ponemos la resistencia en serie al led solo le
llegarán 2V y los otros 3V estarán en la resistencia de 220 ohmios.
Bueno la pregunta es...¿Cuánto tiempo estará
encendido el Led cuando activemos el pulsador?. Pues nada aplicamos la fórmula
y listo.
Lo primero pasaremos la Resistencia que está
en Kilo ohmios a ohmios= 470 x 1000 = 470.000Ω
Ahora pasamos los 10 microfaradios a faradios
= 10 x 10-6 = 0,00001faradios
T = 1,1 x 470.000Ω x 0,00001 = 5,17 segundos.
¿Fácil no?. El Led se encenderá durante 5,17
segundos cuando pulsemos el pulsador. Para volver a encenderse deberemos volver
a pulsar el pulsador.
Siempre debes tener en cuenta la tensión
máxima a la que se puede conectar tu circuito integrado 555, ya que los hay de
diferentes tensiones.
Timer 555 astable
En este modo, el 555 no tiene estado
estable, la salida 3 va cambiando continuamente entre el nivel bajo y el alto
continuamente, independientemente del estado de la entrada (2). El tiempo que
estará la salida en alto y bajo dependerá de los componentes del circuito. Aquí
tienes la curva de funcionamiento:
Si tuviéramos un led a la salida estaría encendiéndose y apagándose todo el
tiempo. Como ves se genera una señal oscilante. El periodo de la curva, es el
tiempo que tarda en repetirse un estado determinado, y en este caso será:
T = t1 + t2
t1 y t2 no tienen por que ser el
mismo tiempo, aunque el la gráfica del ejemplo es así. Pero como calculamos t1
y t2. Pues nada, igual que antes con una fórmula.
t1 = 0,693 x (R1 + R2) x C
t2 = 0,693 x Rb x C
t1 es el tiempo que estará en
estado alto la salida (encendido el led) y t2 es el tiempo que estará en estado
bajo la salida (led apagado). Pero....¿Dos resistencias?. Pues sí, en este caso
el circuito es con dos resistencias, la Rb será la que nos determine el tiempo
que estará la salida desactivada. Vemos el circuito de conexión del 555 como
astable:
Otro dato importante con el circuito integrado 555 como astable es la
frecuencia. La frecuencia es el número de veces que se repite un periodo en
cada segundo. en nuestro caso nos interesa saber cuantas veces se repite cada segundo
el encendido y apagado.
F = 1 / T
Como ves es muy fácil, solo hay
que dividir entre 1 el Tiempo total del periodo (estado alto y bajo). el valor
que nos da la formula será Hertzios o 1/segundos, o lo que es lo mismo las
repeticiones por cada segundo.
Veamos un ejemplo de un montaje
del 555 como monoestable poniendo a la salida un led. Solo hay que conectar el
Led a la salida, y ya tendremos nuestro circuito. El siguiente circuito tendrá
encendido el Led de forma intermitente.
En este caso te
hemos cambiado un poco el esquema para que te acostumbres a verlo de diferentes
formas, pero si te das cuenta es exactamente igual. El 555, en este caso,
ponemos las patillas un poco diferentes, pero siguen siendo las mismas. El led
lo hemos conectado sin resistencia en serie, y como ves hemos conectado un
oscilador para ver la onda que se generaría a la salida. La pila serían dos
pilas en serie, por lo que sería como una sola pila a la que se suman las dos
tensiones. Pero si te fijas un poco es todo exactamente igual.
Si calculas los tiempos y la frecuencia del
circuito te saldrán los siguientes datos:
t1 = 1.02segundos
t2 = 0,569segundo
T=1,6segundos
F = 0, 625 Hz (cada 0,625 segundos se repite
un ciclo de encendido y apagado del led)
Nota: Puedo poner 2
leds en paralelo pero polarizados al revés (la patilla negativa con la positiva
de los dos leds y viceversa) y lo que harán en este caso en lucir de forma
intermitente, cuando uno luce el otro no y al revés y así continuamente.
Es muy normal encontrar la R2 como un
potenciometro (resistencia variable), de este modo podemos cambiar los tiempos
del circuito solo moviendo el potenciómetro.
Puedes ver un video aquí del montaje y
funcionamiento: Timer 555.
VIDEO
OBSERVACIONES:
·El clock pueden
cambiar su velocidad a una mas cómoda para apreciar el cambio continuo de los
números.
·Habían pocos Display
que funcionaban correctamente lo que demoro un poco al aplicarlo en físico.
CONCLUSIONES:
·Concluimos que los
generadores de reloj son una de las herramientas esenciales al momento de
querer hacer un circuito con una secuencia programable ya que estos ofrecen un
periodo el cual no va varía sin un cambio externo.
● Identificar las
aplicaciones de la Electrónica Digital.
● Describir el
funcionamiento de las unidades y dispositivos de almacenamiento de
información.
● Implementar
circuitos de lógica combinacional y secuencial.
II. COMPETENCIA ESPECIFICA
DE LA SESION
● Implementación de
circuitos monoestables.
● Implementación de
circuitos contadores con Flip Flops JK.
● Utilizar un
SIMULADOR para comprobar el comportamiento de los mismos.
III. CONTENIDOS A TRATAR
● Circuitos
Monoestables
● Circuitos
Contadores Ascendentes y Descendentes.
● Aplicaciones con
circuitos contadores.
IV. RESULTADOS
● Diseñan sistemas
eléctricos y los implementan gestionando eficazmente los recursos
materiales y humanos
a su cargo.
V. MATERIALES Y EQUIPO
● Entrenador para
Circuitos Lógicos
● PC con Software de
simulación.
● Guía de
Laboratorio. El trabajo se desarrolla de manera GRUPAL.
Latch con Puertas NAND
La secuencia de
tiempo de la derecha, muestra las condiciones bajo las cuales las entradas de
set y reset, cambian el estado del latch y cuando no lo cambian.
El concepto de
circuito "latch", es importante en la creación de dispositivos de
memoria. La función de tal circuito es "capturar" el valor creado por
las señales de entrada al dispositivo y mantener ese valor hasta que lo cambie
alguna otra señal.
Latch con Puertas NOR
La secuencia de
tiempo de la derecha, muestra las condiciones bajo las cuales las entradas de
set y reset, cambian el estado del latch y cuando no lo cambian.
El concepto de
circuito "latch", es importante en la creación de dispositivos de
memoria. La función de tal circuito es "capturar" el valor creado por
las señales de entrada al dispositivo y mantener ese valor hasta que lo cambie
alguna otra señal.
Conecte 4 flip flops de la forma
mostrada para formar un CONTADOR, compruebe su funcionamiento e implemente de
forma física.
Finalmente conecte al contador
previo el DISPLAY DE 7 SEGMENTOS con decodificador incluido para ver el
incremento de los números.
VIDEO:
Qué he aprendido de esta experiencia? (en modo texto)
OBSERVACIONES
Se observó que se puede realizar un circuito contador mediante flip
flops y visualizar el resultado mediante un display.
CONCLUSIONES
·Se concluye que en este laboratorio se pudo realizar un circuito
contador mediante integrados flip flop y mediante un pulsador podíamos contar
del 0 al 15.
